Élni vagy létezni? – 11. Ezer amper

Élni vagy létezni?

  1. Ezer amper

 

„Akkor fogjuk valóban megközelíteni az élet megértését, a mikor valamennyi struktúra és funkció, valamennyi szinten… egyetlen egységbe olvad össze.” – írta Szent-Györgyi Albert 1960-ban, a Submolecular Biology bevezetőjében.

Szerény lehetőségeink tárában vajon találunk-e olyan eszközt vagy módszert, mellyel ezt az egységet képesek leszünk elérni? Meg kell kísérelnünk! A Teremtő az alkotó elme adományában tett magához hasonlatossá minket. Teremtett műve megértésében ez, a hozzá való hasonlatosság az egyetlen célravezető eszköz – ezzel pedig, hitünk szerint, megajándékozott minket.

Hogyan summázhatnánk az élet mibenlétére vonatkozó eddigi kutakodásunkat?

Megállapíthatjuk, hogy az élet az anyag szerkezetének és kölcsönhatásainak olyan fejletten szervezett állapota, melyben az élő szervezet, saját rendszerhatárain belül, képes a saját szabadenergia-tartalmát megőrizni, sőt növelni, a környezet szabadenergia-tartalmának akkumulálása által.

Az élő organizmus folyamatos anyag- energia- és információcserét folytat a környezetével. E cserék végeredménye maga az élet, amit az életjelenségeken keresztül figyelhetünk meg. A teljesség igénye nélkül, nagy vonalakban azt mondhatjuk, hogy a táplálkozás, lélegzés, kiválasztás, növekedés, fejlődés, mozgás és szaporodás funkcióinak kombinációja adja az életjelenségeket. E témának már komoly és könnyen fellelhető szakirodalma van, ezért most nem megyünk bele a részletes tárgyalásába.

Feltétlenül látnunk kell, hogy az életfunkciók fenntartása energiaigényes folyamatok működtetését követeli meg. E folyamatokat energetikai szempontból finanszírozni kell. Nyilvánvaló tehát, hogy a legfontosabb élettani megnyilvánulás az a mozzanatsor, melynek során az élő szervezet a működéséhez szükséges szabadenergiát felszabadítja, s cél- és okszerűen az életjelenségek kivitelezéséhez felhasználhatóvá teszi.

A modern tudomány egyelőre mostohagyerekként bánik az élő organizmusok energetikai rendszerével. Töredékét sem foglalkoznak az organikus energiacsere kérdésével, az anyagcseréhez képest. Pedig kellene, mert túlzás nélkül mondhatjuk, hogy az anyagcsere-folyamatok legfőbb feladata a kémiai energia deponálásának és felszabadításának igény szerinti, folyamatos biztosítása, a maga igen bonyolult rendszerében.

Az emberi alapanyagcsere, vagyis az alapvető élettani folyamatok (légzés, keringés, belső szervek működése), tehát a pihenő, alvó állapot fenntartása, energiaszükséglete függ a nemtől, a kortól, a testmagasságtól és a testtömegtől. Egy 50 éves, 180 cm magas, 100 kg testsúllyal rendelkező férfiúnak 1.996 kcal energia tartja fenn alapvető szervi működéseit 24 órán át. 18 éves korában, ugyanilyen magassággal, de mindössze 80 kg testtömeggel, 1.940 kcal szükséglete volt. Egy 160 cm magas, 50 kg testsúlyú, 18 éves nő napi energiaigénye 1.338 kcal, 50 évesen, 65 kg testsúllyal 1.332 kilokalóriát használ fel naponta.

Ha a példabeli 50 éves férfi nagyon intenzív mozgással teli életet él (fizikai munkát végez, vagy sportol, s napi 2 alkalommal edz), a napi kalória-igénye 3.792 kcal-ban állapítható meg. Az alap kalória-igényhez képest jelentkező többlet finanszírozza a munkavégzéshez szükséges energia-felhasználást.

Itt érkeztünk el ahhoz a momentumhoz, amikor, triviálisan szólva, azt szoktuk mondani: értem én, hogy gőzgép, de mi hajtja?

A fizika tudományának alapvetése, hogy a fizikai mennyiségek átválthatóak egymásba. A példánkban szereplő 50 éves férfi napi alapenergia-szükséglete, a közérthetőbb wattórára átváltva 2.321,4 Wh. A szervezet alap-teljesítménye tehát 96,725 W. A fizikai munkát végző, példabeli emberünk napi teljes energia-szükséglete 4.410 Wh, ami 183,75 wattos teljesítményt takar.

A példában bemutatott honpolgárunk tehát hétvégi pihenőjén, ha ki sem kel az ágyból, közel annyi energiát használ fel, mint egy százas égő – munkanapjain pedig ennek majdnem dupláját – két százas égőnyi energiát éget el, folyamatosan.

A villanykörték a 230 voltos hálózatban adják le teljesítményüket. Az egyik tehát 0,42 amper, míg a másik 0,80 amper áramerősséget igényel.

Mi a helyzet az emberrel?

A tudomány jelen állása szerint a szervezetünkben fellelhető biológiai elektromosság a következőképpen néz ki: a sejtmembránok külső és belső felszíne között elektromos töltés-különbség mérhető. Nyugalmi állapotban ez a differencia -30 és -90 millivolt közé esik, sejttípustól függően. (Azért jelöljük negatívnak a potenciál értékét, mert a sejt belső oldala felé eső hártyafelszín anionos, vagyis negatív töltést mutat a sejt közötti tér felé eső felszínhez képest.) A sejt ingerelt állapotában alakul ki az akciós potenciál, melyben a sejtmembrán +40 millivolt elektromos töltésre tesz szert. (Ioncsere, koncentráció-kiegyenlítődés révén, amire később még visszatérünk.)

A nyugalmi és akciós potenciál töltés-különbsége tehát maximum 130 millivolt, azaz 0,13 volt. Ha ezzel a feszültség-értékkel vesszük figyelembe a szervezet leadott teljesítményét, arra az eredményre jutunk, hogy nyugalmi állapotban 744 amper, erős fizikai munkavégzés vagy sporttevékenység közben 1413,5 amper erejű elektron-áramlást igényel.

A helyzet ettől nyilvánvalóan bonyolultabb és árnyaltabb – az élő szervezet nem a primitív elektromos készülékek volt-amper összefüggésén keresztül adja le a teljesítményét. A példa arra mégis jó, hogy belássuk, milyen finoman hangolt, s valójában milyen óriási teljesítményű a szervezetünk – s a működés középpontjában milyen tervszerűen működő folyamatsoroknak kell végbemenni, hogy egyáltalán létezni tudjunk.

Mindenki látta már, mi történik a villanykörtével, ha gyengén, vagy sehogy sem kap áramot. Fénye elhalványul, esetleg villog, majd elsötétül. Áram hiányában nem végzi a feladatát, funkció-ellátása zavart szenved, esetleg kimarad.

Ne gondoljuk, hogy az élő szervezetben másképpen van ez! Minden élettani folyamat energiát igényel, az energia-ellátás zavara működési zavarhoz vezet. A primitív szerkezetű villanyégőhöz képest, persze az élő organizmusban kódolva vannak kényszerpályák, melyek valameddig képesek áthidalni az elsődleges pályák sérülése miatti kieséseket, de ezek csak átmeneti megoldásként, az életveszély ideiglenes elhárítására szolgálnak. Ha sokáig kell üzemelniük, a működésük maga teremthet olyan állapotokat a szervezeten belül, mely állapotok nem egyeztethetőek össze az egészséges, harmonikus működés kitételeivel. (Salakanyagok, köztes termékek felhalmozódása, következményes szerkezeti, anatómiai elváltozások, stb.)

Szent-Györgyi Albert, még 1937-ben, a következőképpen foglalt állást ebben a kérdésben (nagy kár, hogy az elmúlt 80 évben nem kezelte a tudomány sokkal hangsúlyosabban az általa leírtakat):

„Akármit csinál egy sejt, meg kell fizetnie érte, és az élő szervezetnek ez a valutája, amiben a sejtnek fizetnie kell: az energia. Ha nem lenne szabadenergia, nem lenne élet sem.”

Aligha lehetne világosabban fogalmazni e kérdésben. A szabadenergia pedig, a közfelfogással ellentétben, nem áll szükség szerinti, ad libitum mértékben az élő szervezet rendelkezésére. A működést biztosító szabadenergiáért meg kell küzdenie minden sejtnek, minden organizmusnak.

Az élet energetikai hátterének megértéséhez először a globális közelítést kell alkalmaznunk. Szent-Györgyi Albert, az idézett írásában, a következőképpen foglalta össze ide vonatkozó kutatásait:

„Ennek az energiának végső soron az egyedüli forrása a Nap sugárzása. De ezt a sugárzást, mint olyant, nem lehet közvetlenül az élet fenntartására hasznosítani, különben éjjel az élet lehetetlen lenne. Ezért a klorofillt tartalmazó növények kloroplasztjai a sugárzó energiát apró csomagokba zsúfolják. Ha a sejtnek energiára van szüksége, nem a sugárzást használja fel, hanem kipakolja ezeket a tápanyag molekuláknak nevezett energiacsomagokat. Az élet két alapvető reakciója: 1. e csomagok elkészítése és 2. kicsomagolásuk.”

A fotoszintézis jelentőségét bizonyára nem kell hangsúlyozni. Az éltető oxigéntől kezdve, az oxidálható táplálékig, a megújuló szerves energiaforrásokig, építőanyagokig, mindent ez a szabadenergia-megkötő mechanizmus biztosít a Földön. A fotoszintézis végzésére alkalmas növényi kloroplasztok a napfény energiáját a széndioxid redukciójára fordítják, s a földi körülmények között 0 szabadenergia-tartalmú széndioxidból jelentős szabadenergiát tartalmazó szénhidrátokat hoznak létre, a redukcióban felszabadított oxigén egyidejű kibocsátásával. Kémiai értelemben a következő történik:

CO2 + H2O + Efoton = CH2O + O2

1 mólnyi, 490 nanométeres hullámhosszú foton energiája 240 kJ. 1 mólnyi (44 gramm) széndioxid fentebb ismertetett redukálásához 2.840 kJ energia szükséges. Tehát, közel 12 mólnyi 490 nm-es foton 44 gramm széndioxidból és 18 gramm vízből 30 gramm szénhidrátot és 32 gramm molekuláris oxigént állít elő. Az a magasabb rendű élet fenntartásának földi alapja.

Társadalmi méretben szemlélve, a mezőgazdaság és az élelmiszeripar alapvető törekvése, hogy a szükséges mennyiségű energiacsomagokat előállítsa és az emberek számára hozzáférhetővé tegye. Minden fejlesztési törekvés ez irányba hat. Egységnyi idő alatt, egységnyi területről, minél több kalória szabadenergiát betermelni. A feldolgozás fázisában azután ez kiegészül gasztronómiai és eltarthatósági, eladhatósági szempontokkal.

Az emberiség lélekszáma, az egyének igényszintje folyamatosan nő. A termőterületek, mezőgazdaságilag hasznosítható terek mérete ugyanakkor ütemesen zsugorodik. Rendkívül kiélezett versenyfutás zajlik az éhezés elkerüléséért. A növények a Földet érő napsugárzásnak mindössze néhány százalékát képesek hasznosítani. A folyamatban zajló kémiai reakciók természeténél fogva ez az arány érdemben nem növelhető, emberi beavatkozással sem.

Ahhoz, hogy egyre több szénhidrátot vehessünk le egységnyi területről, más módszerhez kell folyamodnunk. A nemesítési eljárások ezt az eredményt célozzák meg. A beavatkozás eredményeként a magasabb kalóriahozamot elérjük ugyan, de ennek is, mint minden másnak a világban, ára van.

A trükk, amit a nagyobb szénhidrát-koncentráció eléréséért bevetünk, viszonylag egyszerű.

A növények nem csak nappali megvilágításban élnek. Éjjel is, rossz megvilágítási körülmények között is folytatják életüket. Amikor a befogott fotonok energiájával előállított szénhidrátok mennyisége kisebb,mint az élet fenntartásához elhasznált szénhidrátoké, a növény tárolt tartalékaiból kénytelen fedezni a különbséget.

A szelekciós eljárásban, amikor a nagyobb hozamú egyedeket választjuk ki, jószerével azokra esik választásunk, amelyeknek visszafogott ez a disszimilatív anyagcseréjük, ezért képesek nagyobb szénhidrát mennyiséget elraktározni.

A történethez persze, hozzátartozik az is, hogy ezeknek a renyhébb anyagcseréjű szervezeteknek kevesebb a légzőenzim-tartalmuk is.

A táplálékláncban, a később ezeket elfogyasztó állati és emberi szervezetekben azután érdekes, nem kívánt helyzeteket eredményez majd ez az összetételbeli változás.

Az ezer ampernyi, biológiai elektromosság felszabadítása funkcionális nehézségekbe ütközik…

 

Kucsora István

Minden vélemény számít!

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

A következő HTML tag-ek és tulajdonságok használata engedélyezett: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>